[发明专利]从环境中提取水并使用热交换级联以低能耗调节温度的系统和方法

说明书

一种从环境中提取水并通过两个或多个环境之间的热传递来控制温度的系统和相关方法，能耗低，适用于家庭、商业或工业，包括：至少一个施力单元(10)，能够增加或降低热工质的压力，其中施力单元(10)包括：一个气缸(1)，气缸包括在至少一个与活塞(27)连接的柱塞(2)内，活塞(27)通过启动方向控制阀(29)交替运动，该方向控制阀(29)接收来自液压泵(32)的液压流体；至少一个与气缸(1)连接的封闭腔室，其中该封闭腔室包括至少一个与至少一个封闭的散热器(8a,8b)连接的管状物(12)，其中热工质在该封闭腔室内被压缩，其中发生从液态到固态或相反的变化，或从固态变为另一种固态或相反的变化；控制单元(11)，根据从封闭腔室得到的温度和压力来调节方向控制阀(29)的操作；第一传热回路(92)和第二传热回路(93)，其中，阀(37as,37ai,37bs,37bi；81ai,81bs、81bi；81as,81ai,81bs,81bi)由控制单元(11)控制。

技术领域

本发明涉及温度控制和环境湿度提取领域。特别地，本发明涉及一种通过腔室之间的流体循环来控制空气温度和从环境中提取水分的系统和方法，其平衡加压和减压之间的中间阶段中的温度，从而在该方法中实现对预充压力和压缩流体潜热的有效利用，性能系数(COP)超过10，甚至超过20，其中性能系数(COP)表示热泵效率，将冷凝热的输出值(Q)的绝对值与提供给压缩机的电力(W)进行比较，即COP＝|Q|/W。其中，该系统和方法有效地利用了散热器中封闭腔室内压缩液体的潜热，这反过来又起到了将热量传递给另一种流体的作用，从而加热和/或冷却其他散热器，以产生热传递并随之凝结空气中所含的水。封闭腔室内的流体对腔室外温度的变化敏感，其中，流体在吸收或释放热量时会改变其状态，并通过空气饱和获得水，从而凝结空气中所含的水；因此，每立方米空气中提取的水是热传递的结果。因此，本发明可适用于家庭、商业或工业环境。

此外，利用该方法和系统，在优选的级联配置中，使用两种或多种热工质，它们对应于称为PCM或Phase Change Material的相变材料，它们在相同压力下具有不同的熔化/凝固温度，因此，将单个热工质或PCM注入由管状物(12)和一些散热器(8a,8b)组成的封闭腔室内，使系统工作，其中，第一腔室具有相对于第二腔室中的流体在相同压力下具有较低熔化温度的PCM。

背景技术

目前，在与从环境中回收水相关的现有技术中，已经发现了几种部分解决所提出的技术问题的解决方案。已知的是公开号为US2007256430A的专利申请，该专利涉及从空气中提取水并进行淡化；简而言之，该专利涉及一种通过绝热压缩并加热空气以从空气中提取水的制水机，其中，加热后的空气通过回流式热交换器冷却，使其过饱和并使水凝结。然后，空气进一步冷却并再次通过热交换器以回收其热量。然后通过绝热膨胀机回收能量。此外，单个等温压缩机/膨胀机可用于等温压缩潮湿空气，因此空气与水过饱和，并且水凝结。然后，空气冷却到水凝结的热度，并返回到等温压缩机/膨胀机以回收能量。此外，该设备通过回流式热交换器提取空气中的湿气，以冷却其露点，收集水分。然后，空气绝热冷却并通过回流式热交换器和压缩机返回，压缩机将空气压缩至大气压并将其排出。

此外，专利申请PCT/CL2018/050156已经公布，这是一种正在申请专利的换热方法和系统，由于封闭式气缸/阀门系统或类似系统回路中的温度变化，系统中的能量损失会产生各种效率损失，在其封闭腔室中含有对该腔室外部的温度变化敏感的流体，当其吸收或释放热量时，该流体的状态发生变化。

与现有技术的不同之处，特别是关于专利申请PCT/CL2018/050156的改进，一是该技术具有如图4和5所示的级联系统和方法，这有助于使系统在两种或两种以上在大气压下具有不同熔化/凝固温度的热工质下运行，通过该系统可以使该系统和方法仅与注入散热器(8A,8B)中的一种热工质(下文称为PCM)或与两种PCM一起工作。